Arnold置乱变换图像加密算法研究

摘要

数字图像能够给人直观的视觉体验，同时也能够提供大量丰富的信息，它作为一种信息载体已经成为人们日常生活获取信息的重要手段。在一些涉及安全保密的领域，图像是一种重要的信息传输方式，为了确保图像信息不被人为地恶意篡改或窃取，保证安全地将信息送达，高效的图像加密算法不可或缺。 本文选择Arnold变换置乱加密算法进行研究，该算法是一种在空间域对像素置乱的算法，能够简单有效地实现对信息的保护，在图像加密领域占有突出地位。本文从提升Arnold变换加密性能出发，对改善加密效果和提高加密安全性深入研究，提出了基于Arnold变换的改进加密算法，论文主要工作如下： （1）研究了常用的置乱加密算法，重点研究Arnold变换算法的基本特性。对二维等长和二维非等长Arnold变换的变换公式、逆变换、周期性等特征进行了详细阐述，分析了现有算法在不同类型图像加密中存在的不足，进行了算法验证和改进。 （2）提出基于随机取点分块的Arnold变换图像加密算法。针对现有的分块图像加密算法在图像分块算法中存在的不足，提出基于随机取点的分块算法，该算法可将图像划分成若干方块和非方块，扩大了算法的适用范围；然后对各分块分别采用改进的二维等长和非等长Arnold变换置乱加密。改进算法提升了Arnold变换的加密性能，适用于任意大小的图像加密。 （3）提出结合位运算的图像加密改进算法。Arnold变换是一种像素点空间位置置乱的算法，该算法不会对图像内像素点的值产生影响，加密图像和原始图像的灰度直方图是一致的，为了弥补这一不足，采用位异或运算和位平面交换操作使图像内像素点的数值发生变化，从而改变灰度直方图的分布。 本文针对Arnold变换所做的研究及其改进，经实验表明对任意大小图像的加密是有效的，直观上加密图像与噪声图像无异；改进算法中Arnold变换矩阵和周期的多样性，保障了加密信息的安全；加密后图像具备良好的抗攻击能力且像素点之间的相关性大幅降低。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 图像加密研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 论文结构安排

第二章 基于空间域像素置乱图像加密算法及评估方法

2.1 基于空间域像素置乱的图像置乱算法

2.2 数字图像置乱算法的性能评估及仿真测试

2.3 本章小结

第三章 二维等长和非等长Arnold变换算法研究

3.1二维等长Arnold图像置乱变换

3.2二维非等长Arnold图像置乱变换

3.3 Arnold置乱加密

3.4 本章小结

第四章 基于随机取点分块的Arnold变换图像加密算法

4.1 改进算法的基本思想

4.2 随机取点图像分块法

4.3 分块法Arnold置乱图像

4.4 加密解密流程

4.5实验仿真

4.6 本章小结

第五章 结合位运算的图像加密改进算法

5.1位运算

5.2 位运算图像加密

5.3 基于Arnold变换和位运算的改进算法

5.4 改进算法加密解密流程图

5.4实验仿真

5.5 本章小结

第六章 总结

6.1 本文总结

6.2 工作展望

参考文献